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基础篇3

第0章　绪论3

0.1 介电谱支持学科的基本概述3

0.1.1 电介质的极化和介电常数3

0.1.2 Lorentz有效电场和Clausius-Mosotti方程5

0.1.3　极化的微观机制6

0.1.4 动态介电常数（复介电常数）11

0.1.5　介电弛豫16

0.2 介电谱在化学和生物学研究中的作用21

0.2.1 化学中的弛豫21

0.2.2 介电谱——谱学家族中的重要成员22

0.2.3 介电谱的动力学范围23

0.2.4 介电谱方法的特点24

0.2.5 介电谱在化学研究中的作用及其解决的问题25

0.2.6 介电谱在生物物理学中的作用27

0.3 历史概观和最近的发展29

0.3.1 历史概观29

0.3.2　尖端科技中最近的应用32

0.3.3　现状、动态和问题点34

参考文献38

第1章　介电谱方法的理论基础44

1.1 介电弛豫的理论概述44

1.1.1 电磁场与物质作用的基本方程44

1.1.2 静态介电理论的几个关系式45

1.2　介电弛豫的统计理论47

1.2.1 体系对外部扰动的线性响应47

1.2.2 偶极自相关函数48

1.3 介电弛豫的唯象理论50

1.3.1 线性响应理论50

1.3.2 单一弛豫时间函数（Debye弛豫）51

1.3.3 具有弛豫时间分布的函数（Non-Debye弛豫）52

1.3.4 介电性质（弛豫强度和弛豫时间）的温度依存性54

1.4 介电弛豫的微观解释55

1.4.1 时间相关函数方法表示介电弛豫55

1.4.2 离子电导的分子解释56

参考文献57

第2章　非均匀体系的介电理论及谱的解析59

2.1 引言59

2.1.1 理论研究的历史概述59

2.1.2 介电谱研究的必要性60

2.2　界面极化的理论基础60

2.2.1 两相非均匀材料和Maxwell-Wagner理论60

2.2.2 浓厚分散系的非均质材料和Bruggeman-Hanai理论63

2.2.3　含有多于两相的非均匀材料64

2.2.4　含有一个界面层的非均匀材料64

2.3　对离子极化理论66

2.3.1 表面电导率的引入66

2.3.2 球形粒子的对离子极化理论67

2.4 典型非均匀体系的介电模型和解析式69

2.4.1 引言69

2.4.2 两相非均匀体系70

2.4.3 三相非均匀体系74

2.4.4 多相非均匀体系76

2.5 非均匀体系中介电弛豫的数目77

2.5.1 基本原理77

2.5.2 实验归纳78

2.5.3　理论预测79

参考文献80

第3章　宽频介电谱技术和谱的一般分析方法83

3.1 测量方法的分类83

3.1.1 集总常数回路法和分布常数回路法83

3.1.2 频（率）域和时（间）域介电谱方法84

3.2 频率域介电谱测量84

3.2.1 结合了介电变频器的傅里叶分析系统85

3.2.2 阻抗分析85

3.2.3 RF反射计85

3.2.4 网络分析85

3.3 时间域介电谱测量86

3.4 测量的外部配置和测量值的校正86

3.4.1 测量池和电极86

3.4.2 测量值误差的校正87

3.4.3 电极极化及其消除电极极化的新方法——电磁诱导法88

3.5　介电谱的一般分析方法89

3.5.1 引言89

3.5.2 利用模型函数分析介电谱90

3.5.3 从介电谱中确定介电参数94

3.5.4 对因荷电载体波动的介电谱的分析95

3.5.5 对因Maxwell-Wagner极化的介电谱的一般分析方法97

3.5.6 电极极化的分析和消除或校正方法98

参考文献100

应用篇105

第4章　胶体分散系的介电谱105

4.1　基础概述105

4.1.1 介电谱方法用于胶体分散系的特殊优势105

4.1.2　低、高频弛豫的极化机制105

4.1.3 宽频介电谱的理论表达式（WFDS）108

4.1.4 分散系介电谱的Hanai解析方法109

4.1.5 电动力学参数的获取113

4.2 乳状液115

4.2.1 概述115

4.2.2　W/O型乳状液115

4.2.3　O/W型乳状液116

4.2.4 流动条件下W/O乳状液的介电谱118

4.2.5 电流变现象和介电性质119

4.2.6　J.Sj？blom的修正模型119

4.2.7 时域介电谱对原油乳状液稳定性的研究121

4.3 离子交换树脂122

4.3.1 Hanai理论对阳离子交换树脂悬浊系的适用122

4.3.2 大孔离子交换树脂悬浊液的介电谱123

4.3.3 离子交换树脂／（醇-水混合液）的介电谱及其非平衡过程的介电监测124

4.4　聚合物粒子分散系127

4.4.1 聚苯乙烯粒子分散系127

4.4.2 壳聚糖微球悬浮液132

4.5 稀薄纳米粒子分散系以及厚双电层的解析模型135

4.5.1 问题的背景135

4.5.2 介电模型和两步解析法135

4.6 非典型粒子分散系138

4.6.1 金属纳米粒子悬浮液的介电谱解析138

4.6.2 某些实际体系的应用140

4.7　微胶囊悬浮液141

4.7.1 PS-MCs悬浮液的介电谱解析142

4.7.2 PMMA-MCs悬浮液的介电谱解析142

参考文献143

第5章　分子有序组合体系的介电谱146

5.1 引言146

5.2 表面活性剂胶束体系147

5.2.1 背景概述147

5.2.2 适用于胶束体系的介电理论147

5.2.3 阳离子表面活性剂胶束体系的介电弛豫Ⅰ——Shikata解释149

5.2.4 阳离子表面活性剂胶束体系的介电弛豫Ⅱ——Buchner解释151

5.2.5 阴离子表面活性剂SDS水溶液以及与CnTAX水溶液的比较152

5.2.6 阴离子碳氟表面活性剂水溶液154

5.2.7 AOT-水体系——胶束形状的估计155

5.2.8 非离子和两性离子表面活性剂DDAO体系156

5.2.9　线状胶束体系156

5.2.10 聚合物-表面活性剂胶束的复合体157

5.3 反胶束和微乳液体系157

5.3.1 概述157

5.3.2 反胶束体系158

5.3.3 微乳液体系——一般的解析模型161

5.3.4　微乳液体系——Sj？blom组的研究162

5.3.5 微乳液体系——渗滤现象163

5.3.6 微乳液体系——相转移行为167

5.3.7 非离子表面活性剂型微乳液169

5.4 囊泡和脂质体体系170

5.4.1 概述170

5.4.2　研究实例171

5.5 表面活性剂液晶体系176

参考文献177

第6章　高分子膜／溶液体系的介电谱180

6.1 引言180

6.1.1 水中膜体系介电研究的必要性和特色180

6.1.2　复介电常数与膜180

6.1.3 溶液中高分子膜的介电（阻抗）谱研究背景概述181

6.1.4 高分子膜／溶液体系介电谱的一般弛豫模式182

6.1.5 解析谱必要的一般化模型和公式183

6.2 高分子膜／溶液体系185

6.2.1 典型的绝缘膜——Teflon／水体系185

6.2.2 非功能性均质高分子膜／水体系185

6.2.3 高分子膜／溶液体系的低频弛豫186

6.3 反渗透膜／水溶液体系187

6.4 离子交换膜（浓差极化）体系188

6.4.1 偏压下离子交换膜-水溶液体系的特异弛豫现象189

6.4.2 浓差极化的介电理论189

6.4.3 含CPL的膜／溶液体系介电弛豫的理论解析191

6.4.4 浓差极化介电理论在离子交换膜体系的应用192

6.4.5 浓差极化介电模型的拓展193

6.5　双极膜体系195

6.6 纳滤膜-电解质溶液体系196

6.6.1 概述196

6.6.2 复合纳滤膜NTR7450／水溶液体系的介电弛豫197

6.6.3 介电弛豫谱的解析198

6.6.4 膜的层状结构的确认和各层电性质199

6.6.5 复合膜各层的离子透过性和选择性200

6.7 脂质双层膜和支撑膜-溶液体系201

6.7.1　水中脂质双层膜201

6.7.2　支撑膜／溶液体系202

6.8　生物膜203

6.8.1 内部电极法203

6.8.2 整细胞式膜片吸管法203

参考文献204

第7章　生物细胞悬浮液的介电谱206

7.1　引言206

7.1.1 生物体系介电谱的一般概述206

7.1.2 细胞悬浮液的介电模型和解析公式208

7.2　红细胞悬浮液212

7.2.1　球形红细胞212

7.2.2 物质和红细胞膜作用的介电谱检测214

7.2.3 缗线状红细胞簇的介电行为214

7.3 酵母细胞悬浮液216

7.4 卵细胞悬浮液218

7.4.1 青鳉鱼卵的介电谱218

7.4.2 蛙卵的介电谱——胚胎形成的监测219

7.5 大肠杆菌悬浮液222

7.5.1　模型的修正222

7.5.2　模型的应用223

7.6 淋巴细胞224

7.7　植物细胞和藻细胞225

7.7.1 含液泡和叶绿体的植物原生质体225

7.7.2 淡水藻原生质体226

7.8 生物细胞悬浮液介电弛豫的理论解析227

7.8.1 关于细胞及其内部组成的信息获取228

7.8.2 细胞内部构造和介电谱的关系229

7.8.3 细胞的形状和介电谱的关系231

7.8.4 受损细胞的介电谱233

参考文献233

第8章　生物组织、生物大分子溶液及相关体系的介电谱236

8.1 引言236

8.2 生物组织237

8.2.1 生物组织的电导率和介电常数237

8.2.2　含水量对介电谱的影响239

8.2.3 一些生物组织的介电性质240

8.2.4 组织死亡后介电性质的变化241

8.3 生物大分子242

8.3.1 聚合物的偶极矩理论概述242

8.3.2 氨基酸、多肽247

8.3.3　蛋白质水溶液250

8.3.4 脱氧核糖核酸（DNA）254

8.4 生物体中的水的弛豫行为256

8.4.1 生物体中水的分类和纯水的介电性质257

8.4.2　束缚水的介电弛豫258

8.4.3 蛋白质溶液中的束缚水258

8.4.4　DNA分子上束缚水的介电性质259

8.4.5 束缚水介电行为的模拟研究260

8.4.6 生物组织中的水260

8.4.7 结构水261

8.5 生物电解质261

参考文献262

第9章　介电谱方法在扫描成像技术及实时监测领域的应用266

9.1 扫描介电显微镜（SDM）266

9.1.1　概述266

9.1.2 单一粒子的介电测量267

9.1.3　SDM的原理267

9.1.4 应用实例及SDM的评价269

9.2 其它介电成像技术272

9.2.1 扫描非线性介电显微镜272

9.2.2 固体材料的微波介电成像272

9.3 生物细胞的介电实时监测技术273

9.3.1 概述273

9.3.2 生物量的监测原理274

9.3.3 无电极测量法276

9.3.4 介电监测法的模型解析基础276

9.3.5 介电监测实例1——酵母生长的实时监测279

9.3.6 介电监测实例2——发酵中的实时监测283

9.4 介电监测在其它对象上的应用285

9.4.1 交联和固化过程的实时原位监测285

9.4.2 化学反应的实时原位监测288

参考文献289

第10章　介电谱在其它领域的应用292

10.1 介电谱对药物体系的应用292

10.1.1 脂质体和微胶囊作为药物载体的体系292

10.1.2　凝胶和聚合物体系293

10.1.3 固体分散系药剂材料295

10.1.4　无定形药物的介电研究296

10.2 介电谱在农产品和食品领域的应用298

10.2.1　概述298

10.2.2 粮谷产品中的应用298

10.2.3　水果和蔬菜300

10.2.4　液体食品和饮料等体系303

10.2.5 鱼肉类以及熟食品306

10.3 木材的介电谱研究307

10.3.1 概述307

10.3.2　木材的结构和各向异性308

10.3.3 温度处理后的木材的介电性质309

10.3.4 化学处理后的木材的介电谱310

10.3.5 木材中吸附水的介电谱311

10.3.6 介电数据的频率依存性-温度依存性之间的转换313

10.4 介电谱在运动和健康监测方面的应用314

10.4.1 运动前后水含量变化的介电测定314

10.4.2 灼伤后皮肤治愈过程的介电检测316

10.4.3 含水量不同的皮肤的介电性质317

10.4.4 血沉的介电检测318

参考文献318